Поплавковый, или интегрирующий гироскоп

ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИНТЕГРАТОР, гироскопическое устройство, содержащее т. н. интегрирующий гироскоп, который служит для определения интеграла от воздействующей на него величины. Различают Г. и. угловой скорости и Г. и. линейных ускорений.

Г. и. угловой скорости служит для определения угла поворота объекта. Наиболее совершенным является поплавковый Г. и. (рис. 1). Ротор 1 гироскопа установлен в рамке 2, представляющей собой поплавок цилиндрич. формы; ось вращения поплавка установлена в подшипниках 3, расположенных в корпусе 4 прибора, имеющего также цилиндрич. форму. Зазор 5 между поплавком и корпусом, а также всё свободное пространство внутри корпуса заполнено жидкостью с большой плотностью. Указанная система образует жидкостный подвес. Подъёмная сила жидкости должна быть равна весу гироузла; при этом подшипники 3 подвеса оказываются практически полностью разгруженными; жидкость в зазоре между цилиндрич. поверхностями поплавка и корпуса прибора обеспечивает демпфирование, момент к-poro пропорционален угловой скорости вращения поплавка. Применение жидкостного подвеса частично предохраняет ось подвеса (ось вращения поплавка) от воздействия на неё вибраций, ударов и др. В приборе предусмотрено автоматич. регулирование темп-ры, что необходимо для поддержания постоянства плотности и вязкости жидкости, а также постоянства положения центра тяжести поплавкового гироузла и центра давления жидкости относительно оси вращения гироузла.

Рис. 1. Схема поплавкового гироскопического интегратора: а - упрощённая принципиальная; б - кинематическая; 1 - ротор; 2 - рамка (поплавок); 3 - подшипники; 4 - корпус прибора; 5 - зазор между корпусом и поплавком; 6 - датчик угла; 7 - датчик моментов; Oxyz-оси, связанные с рамкой (поплавком); - оси системы отсчёта.

При повороте объекта вокруг оси (входная ось или ось чувствительности) с угловой скоростью возникает гироскопич. момент , где H - кинетический момент гироскопа, вызывающий вращение поплавка (рамки) вокруг оси (выходная ось) с угловой скоростью (где - угол поворота поплавка). При этом на поплавок начинает действовать момент демпфирования (6 - коэфф. демпфирования), уравновешивающий гироскопич. момент. Равенство после интегрирования даёт что позволяет по углу поворота поплавка вокруг оси , снимаемого с датчика 6, определять искомый угол поворота а объекта вокруг оси

Поплавковый Г. и. является прецизионным прибором. Основные достоинства двухстепенных поплавковых Г. и. состоят в высокой точности (собственный уход - десятые и сотые доли градуса в 1 ч); малой подверженности вибрационным, ударным и др. возмущающим воздействиям; возможности использования для решения широкого класса задач, возлагаемых на гироскопич. устройства. Поплавковые Г. и. применяются в гироскопах направления, гировертикалях, системах гироскопич. стабилизации, используемых на различных летат. аппаратах и кораблях.

Г. и. линейных ускорений служит для определения составляющей линейной скорости центра тяжести объекта вдоль заданного направления. Г. и. представляет собой гироскоп с тремя степенями свободы, центр тяжести к-рого смещён относительно точки подвеса. Вследствие этого Г. и. чувствителен к постулат, ускорениям объекта, т. к. возникающий при этом момент сил инерции вызывает прецессию гироскопа с угловой скоростью, пропорциональной указанному моменту, т. е. величине ускорения объекта. Тогда угол прецессии будет пропорционален линейной скорости объекта, что позволяет, измерив этот угол, найти искомую скорость.

Г. и. реагирует на кажущееся ускорение объекта, т. е. на разность между абс. ускорением объекта и гравитац. ускорением (ускорением силы тяготения). Вследствие этого показания прибора пропорциональны интегралу от кажущегося ускорения, т. е. кажущейся скорости. На рис. 2 приведена принципиальная схема Г. и. с трёхстепенным неуравновешенным (тяжёлым) гироскопом гиромаятникового типа. Ротор 1, установленный в гирокамере 2, статически неуравновешен относительно оси качания O'x' в наружном кардановом кольце (рамке) 3; относительно оси (Oy) вращения рамки система полностью уравновешена. Для обеспечения перпендикулярности оси Oz гироскопа к оси (Oy) служит система коррекции, состоящая из контактного приспособления 4 я управляемого им стабилизирующего двигателя 5.

Рис. 2. Принципиальная схема гироскопического интегратора линейных ускорений: 1 - ротор, 2 - гирокамера; 3 - наружное карданово кольцо (рамка); 4 - контактное приспособление; 5 - стабилизирующий двигатель; 6 - потенциометр; - оси системы отсчёта; Oxyz - оси, связанные с гирокамерой.

Г. и. реагирует на составляющую w линейного ускорения объекта вдоль оси Показания Г. и. (величина линейной скорости объекта), пропорциональные уг-

лу а поворота рамки 3, снимаются с потенциометра 6. Если ось , совпадающая с продольной осью объекта, горизонтальна, то из формулы для угловой скорости прецессии наружной рамки после интегрирования получается а = , где v₀ - нач. скорость

вдоль оси , H- кинетич. момент гироскопа; т - масса ротора и гирокаме-ры; 1 - смещение вдоль оси Oz центра тяжести ротора и гирокамеры относительно точки подвеса; v - искомая составляющая скорости объекта вдоль оси , к-рая и определяется по значению угла, снимаемого с потенциометра 6.

Если объект движется под углом к плоскости горизонта (в частности, вертикально), то для определения скорости v объекта из угла а следует вычесть тот угол, на к-рый повернётся рамка под действием силы тяготения.

В ряде совр. конструкций применяют т. н. поплавковый, или интегрирующий, Г. Ротор такого Г. помещён в кожух - поплавок, погружённый в жидкость (рис. 3). При вращении поплавка вокруг его оси х на Г. будет действовать момент M_x вязкого трения, пропорциональный угловой скорости вращения . Благодаря этому оказывается, что если Г. сообщить принудит. вращение вокруг оси у, то угловая скорость этого вращения в соответствии с равенством (1) будет пропорциональна . В результате угол поворота поплавка вокруг оси х будет, в свою очередь, пропорционален интегралу по времени от (поэтому Г. и наз. интегрирующим). Дополнит. электрич. и электромеханич. устройства позволяют или измерять этим Г. угловую скорость, или сделать его элементом стабилизирующего устройства. В первом случае спец. электромагнитами создаётся момент относительно оси х, направленный против вращения поплавка; величина этого момента регулируется так, чтобы поплавок остановился. Тогда момент M₁ как бы заменит момент M_xсил вязкого трения и, следовательно, по ф-ле (1), угловая скорость будет пропорциональна величине М₁, определяемой по силе тока, протекающего по обмоткам электромагнита. Во втором случае, при стабилизации, напр., вокруг неподвижной оси у, корпус интегрирующего Г. размещается на платформе, к-рую может вращать вокруг оси у спец. электродвигатель Для объяснения принципа стабилизации предположим, что основание, на к-ром расположены подшипники платформы, само повернётся вокруг оси у на нек-рый угол . При неработающем двигателе платформа повернётся в этом случае вместе с основанием на тот же угол , а поплавок совершит поворот вокруг оси х на угол , пропорциональный углу . Если теперь двигатель будет вращать платформу в обратном направлении до тех пор, пока поплавок не вернётся в исходное положение, то одновременно в исходное положение вернётся и платформа. Можно непрерывно управлять двигателем так, чтобы угол поворота поплавка сводился к нулю, тогда платформа окажется стабилизированной.

Рис. 3. Поплавковый интегрирующий гироскоп: а - ротор гироскопа; б - поплавок, в теле к-рого расположен подшипник оси ротора; в - поддерживающая жидкость; г - корпус; д- стальные цапфы в камневых опорах; е - датчик угла поворота поплавка относительно корпуса; ж - электромагнитное устройство, прилагающее момент вокруг оси поплавка.

Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 Следующая